基于VR的血管介入手術(shù)醫(yī)生訓(xùn)練系統(tǒng)的研究.pdf

1、目前，心腦血管疾病已成為嚴(yán)重威脅人類生命健康的常見疾病，微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)是救治該疾病的最及時(shí)有效的方法。但是手術(shù)的復(fù)雜度和風(fēng)險(xiǎn)度都很高，需要醫(yī)生具有豐富的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)和手術(shù)技巧。目前能進(jìn)行血管介入手術(shù)的醫(yī)生相對較少，這就需要采用適合并有效的訓(xùn)練方法對介入手術(shù)醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前培訓(xùn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)已經(jīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，本論文針對基于 VR的血管介入手術(shù)醫(yī)生訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究，并搭建了基礎(chǔ)平臺，使用者可以以此練習(xí)使用血管介

2、入手術(shù)輔助系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)行手術(shù)技巧技能的訓(xùn)練。
　　本研究利用三維圖形接口OpenGL構(gòu)建了MFC單文檔應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對三維模型的初步處理，如模型導(dǎo)入并顯示、坐標(biāo)軸顯示、視圖變換等。并完成了血管介入手術(shù)虛擬環(huán)境模型的建立，首先利用三維處理軟件3DS MAX進(jìn)行導(dǎo)管和血管的幾何建模及視覺效果渲染，為了更加逼真的模擬手術(shù)環(huán)境，又采用對CT斷層掃描文件進(jìn)行三維重建的方法進(jìn)行血管模型的建立。本研究采用質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型進(jìn)行物理建模，并針對運(yùn)動(dòng)粒

3、子建立了動(dòng)力學(xué)方程，使物體具有軟組織特性，碰撞時(shí)能產(chǎn)生軟體變形，本研究是利用Bullet物理引擎完成物理建模的。另外，對比發(fā)現(xiàn)，沿坐標(biāo)軸的層次包圍盒（AABB）是最適合處理可形變對象的碰撞檢測的方法，研究應(yīng)用此方法判斷碰撞是否發(fā)生并進(jìn)一步確定碰撞點(diǎn)，根據(jù)碰撞點(diǎn)位置的變化情況進(jìn)而計(jì)算出反饋力的大小。
　　本論文在力反饋的計(jì)算模型上進(jìn)行了改進(jìn)，通過該模型得到的反饋力不僅包括導(dǎo)管前端的碰撞力，還包括導(dǎo)管與血管壁的摩擦力和血流阻力。在力反

4、饋的實(shí)現(xiàn)上，先是應(yīng)用力覺渲染庫 OpenHaptics對反饋力完成力覺渲染，采用力觸覺交互設(shè)備 PHANTOM Premium實(shí)現(xiàn)與虛擬對象間的雙向力覺信息的交互。但是，PHANTOM的操作過程與真實(shí)的血管介入手術(shù)的操作過程存在一定差異，為了更符合醫(yī)生手術(shù)中的操作習(xí)慣，本研究采用了新的主端操作裝置，該裝置是利用磁流變液（MRF）設(shè)計(jì)的阻尼器實(shí)現(xiàn)力反饋的，以此作為訓(xùn)練系統(tǒng)人機(jī)交互的硬件平臺，可以讓操作者操作真實(shí)的導(dǎo)管，提高了系統(tǒng)的真實(shí)性和